Bài tập truyền động điện về động cơ kích từ độc lập

Câu 1:Cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất P = 43 Thông số của động cơ như sau :Pđm = 41 + 2 = 43 (kW)Uđm = 500 (V)H = 90%nđm = 1750 (vp)Cho phép tính gần đúng Iđm ~ PđmUđm 1.Hãy vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ bằng phần mềm MATLAB?2.Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên , và tính toán giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp.Câu 2 :Cho động cơ không đồng bộ ROTO dây quấn có công suất định mức Pđm = (n + 2) kW ,trong đó n là số thứ tự của sinh viên trong lớp tự động hóa K53.Các thông số của động cơ như sau (động cơ công suất lớn có a= R1R2’ = 0 ) :Pđm = 41+2 = 43 kW.Uđm = 380 (V).Cos(φ) = 0,8.H=0,9.nđm = 980 (vp).λM = 2,3.Rf = 0,05 (Ω).1.Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên.2.Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên khi đưa thêm điện trở phụ có giá trị là Rf = 0,05 (Ω).3.Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ trên, tính giá trị điện trở phụ từng cấp.4.Biết rằng động cơ trên truyền động cho máy nâng (MC = const) .Hãy phân tích và chọn bộ biến tần để điều khiển động cơ trên.Biết rằng Momen cản bằng Momen định mức của động cơ (Tức là ta chọn đúng loại động cơ như ta thiết kế).Câu 3 :Cho số liệu động cơ như ở bài tập 1.Hãy tìm luật biến thiên của ω ,M ,i ở quá trình quá độ cơ ,cơ điện và trong quá trình quá độ nhiệt.Khi cấp điện áp cho động cơ này bằng chỉnh lưu có điều khiển.

Sinh viên : Bùi Hữu Nguyên Lớp : Tự Động Hóa Số thứ tự : 41 Khóa : 53 Trường : Đại Học Mỏ - Địa Chất Câu 1 : Cho một động cơ một chiều kích từ độc lập có công suất P = n+2 ( n là số thứ tự của sinh viên trong lớp ). Thông số của động cơ như sau : P đm = 41 + 2 = 43 (kW) U đm = 500 (V) H = 90% n đm = 1750 (v/p) Cho phép tính gần đúng I đm ~ P đm U đm 1. Hãy vẽ đặc tính tự nhiên của động cơ bằng phần mềm MATLAB? 2. Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên , và tính toán giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp. Bài làm : 1.Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MALAB: Ta có :  P 1 ~ U 1đm .I 1đm  I 1đm = P 1 U 1đm = P đm (U 1đm .H) = 43000 (500.0,9) = 95,6 (A) I C = I 1đm = 95,6 (A).  R ứng = 0,5.( 1 - H). U 1đm I 1đm = 0,5.(1 - 0,9). 500 95,6 = 0,2615 (Ω)  KФ = (U 1đm -I 1đm .R ứng ) (0,105.n đm ) = (500-95,6.0,2615) (0,105.1750) = 2,585 (Wb)  Vậy phương trình đặc tính cơ điện là : ω = U 1đm 2,585 - I ứng .0,2615 2,585 (rad/s)ω=193,424 - I ứng .0,101161(rad/s)  Vậy phương trình đặc tính cơ là : ω = U 1đm 2,585 - M.0,2615 2,585 2 (rad/s)ω=193,424 - M.0,0391337 (rad/s) Các bước xây dựng đặc tính cơ tự nhiên : Khai báo trong MATLAB >> M='193.424 - s*0.101161' M = 193.424 - s*0.101161 >> fplot(M,[0 300]) >> grid Ta được đồ thị sau : 2. Tính toán thiết kế bộ khởi động động cơ bằng điện trở phụ với 3 cấp khởi động :  Các bước tiến hành: 1. Dựng đường thẳng I C = I 1đm =95,6 (A). 2. Dựng đường thẳng I 2 = (1,1 ÷ 1,2)I C = (105,16 ÷ 114,72 (A). 3. Dựng đường thẳng I 1 = (2 ÷ 2,5) I 1đm = (191,2 ÷ 239) (A). 4. Nối điểm ω 0 với giao điểm (1) đường thẳng I 1 và đường thẳng ω=0 . Đường thẳng này cắt đường thẳng I 2 tại điểm (2).Từ điểm (2) kẻ đường thẳng song song với trục ω=0,cắt đường thẳng I 1 tại điểm (3). 5. Tiếp tục lặp lại cách trên,ta nối điểm ω 0 với điểm (3).Đường thẳng này lại cắt đường thẳng I 2 tại điểm (4).Qua điểm (4) kẻ đường thẳng song song với đường thẳng ω=0 ,đường thẳng này lại cắt đường thẳng I 1 tại điểm (5).Nối điểm ω 0 với điểm (5) ,đường thẳng này cắt đường thẳng I 2 tại điểm (6).Từ điểm (6) ta kẻ đường thẳng song song với đường thẳng ω=0.Ta tính toán và chọn lựa các giá trị của I 1 ,I 2 sao cho đường thẳng qua điểm (6) và song song với đường thẳng ω=0,đường đặc tính của động cơ, đường thẳng I 1 đồng quy. 6. Dưới đây là sơ đồ thiết kế:  Tính toán các giá trị điện trở phụ cần thiết cho bộ khởi động : Câu 2 : Cho động cơ không đồng bộ ROTO dây quấn có công suất định mức P đm = (n + 2) kW ,trong đó n là số thứ tự của sinh viên trong lớp tự động hóa K53.Các thông số của động cơ như sau (động cơ công suất lớn có a= R 1 R 2 ’ = 0 ) : P đm = 41+2 = 43 kW. U đm = 380 (V). Cos(φ) = 0,8. H=0,9. n đm = 980 (v/p). λ M = 2,3. R f = 0,05 (Ω). 1. Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên. 2. Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên khi đưa thêm điện trở phụ có giá trị là R f = 0,05 (Ω). 3. Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ trên, tính giá trị điện trở phụ từng cấp. 4. Biết rằng động cơ trên truyền động cho máy nâng (M C = const) .Hãy phân tích và chọn bộ biến tần để điều khiển động cơ trên.Biết rằng Momen cản bằng Momen định mức của động cơ (Tức là ta chọn đúng loại động cơ như ta thiết kế). Bài làm : 1.Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MATLAB: Ta có :  M = 2.M th      s s th + s th s  M th = λ M .M đm =λ M . P đm Ω đm = λ M . P đm 0,105.n đm = 2,3. 43000 0,105.980 = 961,127 (N.m).  s th = s đm .(λ M + λ M 2 -1 ) = (1000-980) 1000 .( 2,3 + 2,3 2 -1 ) = 0,0874 Khai báo trong MATLAB : >> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)' M = 2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s) >> fplot(M,[0 1]) >> grid Ta được đồ thị như sau : 2.Vẽ đặc tính nhân tạo khi cho R f = 0,05 (Ω) vào ROTO : Ta có:  M thtn = 3.U 1 2 2.ω 0 .[R 1 + R 1 2 +X nm 2 ] (1)  s thtn = R 2 ’ R 1 2 +X nm 2 (2) Từ (2) rút ra : R 2 ’ s thtn = R 1 2 +X nm 2 (3) .Sau đó thế (3) vào (1) ta được :  M thtn = 3.U 1 2 2.ω 0 .[R 1 + R 2 ’ s thtn ]  M thtn = 3.U 1 2 .s thtn 2.ω 0 .[R 1 .s thtn +R 2 ’]  M thtn = 3.U 1 2 .s thtn 2.ω 0 .R 2 ’.[ R 1 R 2 ’ .s thtn +1] .Do giả thiết cho a= R 1 R 2 ’ =0 Vậy :  M thtn = 3.U 1 2 .s thtn 2.ω 0 .R 2 ’  R 2 ’ = 3.U 1 2 .s thtn M thtn .2.ω 0 = 3.220 2 .0,0874 961,127.2.( 2.π.50 3 ) = 12690.48 201297,9682 = 0,063 (Ω) .Vậy ta suy ra : R 2 = R 2 ’ s thtn = 0,063 0,0874 = 0,721 (Ω)  Từ tỉ số : s thnt s thtn = (R 2 ’+R f ’) R 2 ’ = (R 2 +R f ) R 2  s thnt = s thtn . (R 2 +R f ) R 2  s thnt = 0,0874. (0,721+0,05) 0,721 = 0,0935 ; M thnt =M thtn = 961,127 (N.m) Khai báo trong MATLAB : >> M='2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s)' M = 2*961.127/(s/0.0874 + 0.0874/s) >> fplot(M,[0 1]) >> grid >> hold on >> M1='2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s)' M1 = 2*961.127/(s/0.0935 + 0.0935/s) >> fplot(M1,[0 1],'r') Ta được đồ thị như sau : 3.Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ không đồng bộ trên. Ta có :  M = 2.M thnt      s s thnt + s thnt s Trong trường hợp này động cơ có công suất cỡ trung bình ,lớn nên trong miền s thnt >> , nên s s thnt ~ 0 :  M = 2.M thnt .s s thnt = k.s đây là phương trình đường thẳng.  Ta vẽ đường thẳng M(thtn) cắt trục M =0 tại điểm (1) .Nối điểm ω 0 với điểm (1).Đường thẳng này cắt trục M(2) tại điểm (2) .Từ điểm (2) kẻ đường thẳng song song với trục M=0 ,đường này cắt đường thẳng M(1) tại điêm (3).  Làm lại các bước như trên cuối cùng sao cho đường nằm ngang (12) - (13) đường này cắt đường M(1) tại điểm (13) ,điểm (13) này cũng phải thuộc đường đặc tính cơ điện của động cơ.Như vậy là được. Ta được đồ thị thiết kế như sau : 4.Chọn biến tần điều khiển cho động cơ trên : Ta đã biết để động cơ không bị quá tải mạch từ và quá tải mạch điện thì ta phải dữ cho Ф = Ф đm = const và I = I đm = const.Đồng thời phải dữ cho hệ số quá tải động cơ λ M = const .Vì vậy để đảm bảo cho khả năng quá tải không đổi và động cơ không bị quá tải cả về mạch điện và mạch từ thì ta phải điều chỉnh tần số f 1 cấp vào cho động cơ và điện áp U 1 cấp vào cho động cơ qua bộ biến tần theo luật sau :  U 1 U 1đm = f 1 f 1đm . M Cω M Cđm .Khi coi sụt áp ΔU không đáng kể .  Trong đó: 1. M Cω là momen cản thực tế của động cơ. 2. M Cđm là momen cản định mức của động cơ. Giả sử :  Ta chọn đúng động cơ vậy  M Cω = const = M Cđm :  U 1 U 1đm = f 1 f 1đm Vậy luật điều khiển động cơ này là U 1 f 1 = U 1đm f 1đm = const =A Ví dụ khi thay các tần số 20,30,40 Hz ta được đò thị như sau : Câu 3 : Cho số liệu động cơ như ở bài tập 1.Hãy tìm luật biến thiên của ω ,M ,i ở quá trình quá độ cơ ,cơ điện và trong quá trình quá độ nhiệt.Khi cấp điện áp cho động cơ này bằng chỉnh lưu có điều khiển. Trả lời : Dựa vào đồ thị khởi động của động cơ kích từ độc lập ta có bảng thống kê sau: ω 0 98,18 98,18 147,3 147,3 171,82 171,82 186,82 M 542,85 271,425 542,85 271,425 542,85 271,425 542,85 247,126 Với Momem cản chính bằng momen định mức : Mc = M đm = k.Ф.I đm = 95,6.2,585 = 247,126(N.m) Tính toán các thông sồ khác : Do đề bài không cho các thông số cấu tạo (R kích từ ,U kích từ , L ư ,…) lên ta phải thực hiện chọn động cơ trong Simulink của phần mềm MATLAB.Ta thực hiện như sau : B1 : Mở và khởi động phần mềm MATLAB  khởi động simulink (bằng dòng lệnh >> Simulink + Enter) hoặc kích vào biểu tượng trên thanh công cụ của MATLAB. B2 : Trên giao diện của Simulink chọn (New file) trong Simulink library browser (thư viện simulink) chọn SimpowerSystems chọn tiếp Machines và lấy khối Discrete DC Machine. Kích đúp vào hình động cơ ta sẽ có được bảng chọn thông số của các động cơ như sau: Động cơ trong bài có công suất là 43kW nên ta chọn loại phù hợp là 75HP.Vì P=75HP =75.745,7= 55927,5 W > 43000W. Vậy có thể coi các thông số của động cơ này làm thông số của động cơ đang thiết kế.Vậy  U kích từ =300 (V)  R ư = 0,1968 (Ω) [...]... góc α € (αmim, αmax) nào đó để động cơ trên có thể khởi động được U 0,6 300.0,6  αmax = arccos( ktđm ) = arcc( ) = 1,214 (rad) 2,34.U2 2,34.220 300  αmin = arccos( Uktđm ) = arccos( ) = 0,95 (rad) 2,34.220 2,34.U2 Vậy α € (0,95 ÷1,214) (rad) Phương trình mô tả toán học: Ukích từ = Ikíchtừ Rkíchtừ + Lkíchtừ dikíchtừ dt (Ukíchtừ-Lkíchtừ.dikíchtừ) dt  Ikíchtừ = Rkíchtừ Mô hình thiết kế trên Simulink... Ta có : Ukích từ = Ikíchtừ Rkíchtừ + Lkíchtừ dikíchtừ dt Trong đó : Ukíchtừ = Ura của bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Vậy Ukíchtừ = 2,34.U2.cos(α) Ta thấy : Trong đó : U2 = 220 (V) U2=220V  Nhận thấy với :   α=0(rad/s)  Ud=2,34.220.cos(0)=514,8(V) >Uđm(300V) của động cơ  Động cơ sẽ bị cháy do Ikhởi động = Ud rất lớn Rư U2=220V  π Với α=π(rad/s)  Ud=2,34.220.cos( ) = 0 (V)  Từ thông... α=0(rad/s)    Ud=2,34.220.cos(0)=514,8(V) >Uđm(500V) của động cơ  Động cơ sẽ bị cháy do Ikhởi động = Ud rất lớn Rư U2=220V  π Với α=π(rad/s)  Ud=2,34.220.cos( ) = 0 (V)  Động cơ không khởi 2  2  động được Vậy ta phải chọn giới hạn một khoảng giới hạn góc α € (αmim, αmax) nào đó để động cơ trên có thể khởi động được 2,34.U2.cos(α) Ta có : Ikhởi động = ≤ (2 ÷ 2,5)Iđm Rư (2,5.Iđm.Rư) (2,5.95,6.0,1968)... có để động cơ khởi động được thì : 500  αmin = arccos( Uđm ) = arccos( ) = 0,24 (rad) 2,34.220 2,34.U2 Vậy α € (0,24 ÷1,479) (rad) Mô hình thiết kế trên Simulink như sau : Ta được đồ thị biểu thị quá trình quá độ như sau : t=1,15÷1,9(s) t=1,18÷1,2(s) t= 1÷1,1(s) t= 1,1÷1,2 (s) Câu 4: Bằng con đường mô phỏng hãy tìm thời gian kích thích cho động cơ ở bài tập 1 biết cuộn kích từ được cung cấp từ chỉnh... Lư = 0,003442 (H)  Rkích từ = 58,82 (Ω)  Lkích từ = 7,267 (H)  J = 0,4089 (kg.m^2)  Từ phương trình ω=193,424 - M.0,0391337 (rad/s)  M=4942,65 - 25,553.ω Lập mô hình toán : dω J =M-MC dt M=4942,65-25,553.ω Ta cấp cho động cơ bằng chỉnh lưu cầu ba pha MC=247,126 J=0,4089 có điều khiển nên Ud = 2,34.U2.cos(α)      Trong . đặc tính cơ điện của động cơ trên. 2. Hãy vẽ đặc tính cơ điện của động cơ trên khi đưa thêm điện trở phụ có giá trị là R f = 0,05 (Ω). 3. Thiết kế bộ biến trở khởi động 6 cấp cho động cơ trên,. 2. Hãy xây dựng giản đồ khởi động ba cấp của động cơ nói trên , và tính toán giá trị điện trở khởi động cần thiết kế cho từng cấp. Bài làm : 1.Vẽ đặc tính cơ điện bằng phần mềm MALAB: Ta. Câu 3 : Cho số liệu động cơ như ở bài tập 1.Hãy tìm luật biến thiên của ω ,M ,i ở quá trình quá độ cơ ,cơ điện và trong quá trình quá độ nhiệt.Khi cấp điện áp cho động cơ này bằng chỉnh